Sánta Csaba:
SuliPlussz - DiákRepeta
A KLASSZIKUS ENERGIA - 1. rész
Sziasztok!
Most egy hosszabb témakör vizsgálatát kezdjük el, az energia világát
fogjuk elemezgetni. Megnézzük a klasszikus energia fogalmát és
törvényeit a fizikában, a kémiában, a biológiában és ezek kapcsolatait
is. Aztán lesz szó a múlt, a ma és a jövő energiahordozóiról,
energiaforrásairól. És ez át is vezet majd minket a modern energia
világába, beszélünk majd a kvantumosság világáról, az anyaghullám
energiájáról, de Einstein kutatásainak tömeg-energia
egyenértékűségéről is...
Most a klasszikus energia fogalmával és néhány fizikatudományi
jelentésével ismerkedünk meg.
Az energia alatt klasszikus értelemben munkavégző képességet értünk.
Ha egy objektum képes egy másik objektumon munkát végezni, vagyis rá
erőhatást gyakorolni és ezáltal elmozdulásra bírni, akkor az adott
objektum rendelkezik energiával. Az energia mértékegysége a J (joule -
James Prescott Joule (1818-1889) angol fizikus neve után). 1 J az az
energia, amely 1 N (newton) nagyságú erő kifejtése mellett 1 m (méter)
elmozdulást eredményez. Az energiát gyakorlati szempontból szokás
csoportosítani.
Ha egy adott objektum energiáját vizsgáljuk, akkor mechanikai
energiáról beszélünk. Ha az adott objektum "nem megfogható" a
számunkra (pl. mérete folytán, gázok vizsgálatakor), s ezért az
objektumok csoportját vizsgáljuk, akkor belső energiáról beszélünk.
Minden olyan objektum, ami alkotórészekből áll, rendelkezik belső
energiával. A belső energia az objektumot alkotó részek mechanikai
energiáinak összege.
A mechanikai energiákat két csoportba lehet sorolni. Származhatnak egy
objektum helyzetéből: potenciális energia, vagy mozgásából: kinetikus
energia.
A klasszikus fizikában érvényes az energia megmaradási törvénye: egy
elkülönített rendszer összes energiája állandó. Ha egy objektum vagy
rendszer energiája nő, akkor azt az energiamennyiséget más objektumok
vagy rendszerek energiacsökkenése fedez.
Az energiamegmaradás törvénye zárja ki a perpetuum mobile, az
örökmozgó készítésének a lehetőségét. Ez persze a mai napig nem zavar
emberkéket abban, hogy olyan gépeket akarjanak csinálni, amik
állandóan mozognak és még munkát is végeznek. Az örök mozgás a
súrlódás, a közegellenállás kiküszöbölésével még akár meg is oldható,
ám munkát bizony nem fogunk kapni.
Az energiához elválaszthatatlanul kapcsolódó munkavégzés lehetőséget
ad az erőterek csoportosítására.
Azokat a tereket (pl. a gravitációs teret), amelyben a munkavégzés
nagysága csak a kezdő és a végállapot kölcsönös helyzetétől függ,
attól pedig nem, hogy milyen úton haladunk a mozgás során konzervatív
erőtérnek hívjuk. Azokat az erőtereket, ahol a mozgáshoz szükséges
energia magától a mozgás pályájától is függ disszipatív erőtereknek
nevezzük.
Érdemes a tankönyvekben utánajárni és rendszerezni, hogy az egyes
mozgásformák, illetve az egyes mezők energetikailag hogyan
jellemezhetőek.
Az energia fogalmához elválaszthatatlanul hozzátartozik a már említett
fizikai munka fogalmán túl a teljesítmény (a munkavégzés sebessége) és
a hasznos és összes munka viszonyát kifejező hatásfok is.
A klasszikus fizikai rendszerek energiáját jól jellemzik
általánosságban a hőtan főtételei:
0. főtétel: különböző hőmérsékletű anyagokat kölcsönhatásba hozva a
hőmérsékletek kiegyenlítődése figyelhető meg.
1. főtétel: a belső energia megváltozása egyenlő a rendszeren végzett
(bármely eredetű) munkák és a rendszerrel közölt hők összegével.
2. főtétel: (több megfogalmazása is van) (1.) a természeti folyamatok
a valószínűbb irányba zajlanak le, (2.) az energia mindig a magasabb
energiaállapotú helyről halad az alacsonyabb energia-állapotú helyre,
(3.) 100 %-os hatásfokú gép nem készíthető, vagyis nincs perpetuum
mobile.
3. főtétel: Az abszolút zérus fok (0 K = -273.15 C-fok) véges számú
lépésben nem érhető el. Azt is mondhatnánk, hogy egy működő rendszer
belső energiája nem lehet nulla, hiszen akkor már nem lenne munkavégző
képessége, vagyis nem lenne működő. Ez a gondolat az entrópia
fogalmának bevezetésével bonyolultabban is fogalmazható.
Érdemes a tankönyvekben átfutni a hőtan főtételire vonatkozó
alkalmazási területeket, példákat. Különös tekintettel a gázok
állapotváltozásaira és ezen állapotváltozások körfolyamatainak
elemzésére.
Legközelebb azt fogjuk vizsgálni, hogy a klasszikus értelemben vett, s
most tárgyalt energia hogyan jelenik meg a kémia világában. A kémiai
folyamatok és a kémia által vizsgált anyagszerkezetek (kémiai kötések)
energiaviszonyait tesszük vizsgálatunk tárgyává. Addig is jó tanulást!
Lányok, srácok és tanár kollégák! Várjuk SuliPlussz - DiákRepeta
sorozatunkhoz észrevételeiteket!!!
taCs
Duna Televízió * DunaText * Y-akták
1996. október 2. - 1996. október 16.